多媒體音頻信息處理技術

多媒體音頻信息處理技術第1頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1認識聲音4.1.1聲音處理技術的歷史回顧4.1.2聲音信號的形式與特征4.1.3聲音質量的評價第2頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.1聲音處理技術的歷史回顧1.自古以來人類很早就開始研究聲音，并利用當時已掌握的聲音的某些規律來制造樂器、進行建筑設計或傳聲裝置設計等，使聲音更悅耳動聽或傳得更遠。請舉出古代利用聲音的例子天壇的回音壁、三音石，古代樂器，等鐵路工人用鐵錘敲擊鐵軌、醫生的聽診器、行軍打仗的號角鼓聲這個時期，聲音處理技術的特征：憑耳朵辨別聲音，不能記錄和存儲聲音第3頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.1聲音處理技術的歷史回顧2.機械方法記錄和播放19世紀愛迪生發明留聲機啟發現象電話傳話器里的膜板隨著說話聲會引起震動的現象是一種播放聲音的機械裝置，預先按聲音波形特征刻制在唱片表面(弧形凹槽)，播放時引起探針的不同幅度的振動并傳遞發聲。第4頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.1聲音處理技術的歷史回顧3.電聲技術依靠電信號來記錄并播放聲音通過電壓產生模擬聲波變化的電流信號，灌錄成早期的唱片或磁帶，這種電流信號稱為模擬信號。磁帶上的磁極變化或唱片音槽內的紋路起伏變化都是聲音信號的變化對應成正比的。第5頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.1聲音處理技術的歷史回顧4.數字化聲音處理技術依靠數字信號來記錄并播放聲音核心技術是對聲音的采樣。第6頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征1.什么是聲音？(聲音的形式)聲音是一種振動波，是機械振動或氣流擾動引起周圍的彈性介質發生波動的現象。許多聲音的波形混合在一起可能構成交響樂、交談聲，也可能完全是噪聲。在物理上，聲音可用一條連線的曲線來表示，它是在時間和幅度上都連續變化的量，所以稱為模擬量。第7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征2.聲音的物理特征(1)頻率：即聲波振動的快慢，單位Hz。根據頻率，聲音可分為A.次聲波：低于20HzB.正常聲音：20Hz—20KHz（語音：300Hz—3KHz）C.超聲波：高于20KHz頻率的倒數為周期具有周期性的聲音通常會更悅耳動聽。第8頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征也可用聲音的波長來描述聲音波長：沿聲音傳播方向，振動一個周期所傳播的距離；或在波形上相位相同的兩個相鄰點間的距離，單位m.聲音的頻率也反映了聲音的速度聲速：單位時間內聲音傳播的距離，單位m/s.聲速、周期、波長的關系為第9頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征(2)幅度：是指信號的基線到當前波峰的距離，即聲波振動的強弱，決定了信號音量的強弱程度。A.在物理上，通常用聲壓和聲壓級來衡量聲音的強弱程度。聲壓：指在聲場中某處由聲波引起的壓強的變化值，單位為“帕斯卡(Pa)”。正常人剛剛能聽到的最微弱聲音的聲壓為2X10-5Pa，這個聲壓值稱為人耳的“聽閾”。使人耳產生劇烈疼痛感覺的聲音的聲壓約為20Pa，這個聲壓值稱為人耳的“痛閾”。第10頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征經研究發現：人耳對聲音強弱的感覺大體上與聲壓的對數成正比，稱為聲壓級，單位為分貝(dB)分貝數的計算公式為其中P0為基準聲壓值，取P0=2X10-5Pa第11頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征B.在物理上，也可用聲功率和聲強來衡量聲音的強弱程度。聲功率：是指單位時間內，聲波通過垂直于傳播方向某指定面積的聲能量，單位為W。聲強：是指單位時間內，聲波通過垂直于傳播方向的單位面積的聲能量，單位為W/S2。聲壓與聲強的關系為第12頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征也可用聲功率或聲強計算聲音分貝數，分別稱為聲功率級LW和聲強級LI，其公式為聲強級與聲壓級的關系為其中W0=10-12w，

I0=10-12w/s2b與媒介的聲特性阻抗有關，因此與空氣的溫度t和壓強p有關,可查表。第13頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征(3)聲音的相加和相減即兩個以上獨立聲源作用于某一點疊加形成的聲音。聲音的能量(聲功率W,聲強I)是可以代數相加的，但聲壓(聲壓P,聲壓級L)不能直接相加。一些主要結論：兩個聲音相加，總聲壓級不會比其中一個大3dB以上兩個聲音的聲壓級相差10dB以上時，疊加增量可以忽略不計。第14頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征2.聲音的聽覺特征（主觀感受）(1)音調：即聲音頻率的主觀反映，也稱音高。一般地，音調的高低與頻率的高低是一致的。當頻率不變時，強度的變化對音調稍有影響（強度增大時，低頻率音調顯得更低，高頻率音調顯得更高）。(2)音色：日常生活中通常是復合音，包括基音和諧音成分。人耳對復合音中各種諧音成分總和起來的主觀印象，稱為音色。第15頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征諧音的頻率和振幅決定音色任何復雜的周期性振動都可分解為許多諧波，稱為傅里葉定律；把復雜的振動分解成各種頻率成分的過程稱為傅里葉分析，也稱頻譜分析；分析結果稱為譜圖。第16頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2聲音信號的形式與特征例如：基音為100Hz的鋼琴聲約有15個振幅不同的諧音基音為100Hz的黑管聲約有9個振幅不同的諧音.語音：特殊的復合音，包括元音和輔音。(3)音響：即聲音的響度，是聲音振幅的主觀屬性。振幅越大，響度越大，但它們也不是線性關系。音樂中的音階：就是按頻率的對數取等分來確定的。每八度的聲音，其頻率就升高或降低一倍。第17頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.1.3聲音質量的評價聲音質量的評價是很困難的，也是一個值得研究的課題。目前，主要有兩種度量方法1.聲音質量的客觀度量2.聲音質量的主觀度量第18頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音質量的客觀度量法即用儀器對聲波進行測量和分析常用儀器：聲級計是一種能對聲音做出類似人耳反應的儀器，它能進行客觀且可重復的聲壓測量和聲級測量。主要指標：信噪比SNR即有用信號與噪聲之比，單位為分貝。一般用信號的功率計算，也可用信號的電壓計算。信噪比數值越高，噪聲越小。一般地，HiFi音響要求SNR達到70dB以上，CD機要求SNR達到90dB以上。第19頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲音質量的主觀度量(1)評分標準5優不能察覺失真4良剛能察覺，但不討厭3中察覺失真，稍微討厭2差討厭，但不令人反感1劣極其討厭，令人反感目前這種評分標準和方法廣泛應用于多媒體技術和通信中，如可視電話、電視會議、語音信箱、語音電子郵件，等。第20頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲音質量的主觀度量(2)評價方法主要根據音質的三要素（音調/音色/音響）的變化和組合來主觀評定音質的一些特性。例如：低頻響亮—聲音豐滿，高頻響亮—聲音明亮

低頻微弱—聲音平滑，高頻微弱—聲音清澄(3)評價音質的常用聽感空間感(環繞感)、定位感(方向感)、層次感(厚度感)力度感、亮度感、軟硬感、松緊感、寬窄感，等第21頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四3.聲音質量的分級與帶寬從頻帶寬度的角度上，頻帶越寬，信號強度的相對變化范圍就越大，音響效果就越好。第22頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.2聲音的數字化方法4.2.1數字化聲音的優點4.2.2聲音的數字化過程4.2.3聲音數據的編碼方法與標準第23頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.2.1數字化聲音的優點1.動態范圍大若采用8bit量化，音頻信號幅度可分為256個量化級，動態范圍達96dB。2.信息易處理可以通過計算機對音頻、視頻信號進行各種特技及非線性編輯。3.媒體易保存使用時間長，采用數字化的光盤，重放時不存在機械磨損，使用壽命長。第24頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.2.1數字化聲音的優點4.成本低數字化信息便于大規模集成電路的存儲和處理，可降低成本。5.可靠性高數字信號只要求脈沖的有無，而不依賴信號的幅值大小，對硬件一致性和穩定性要求下降了許多，從而提高了可靠性。第25頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.2.2聲音的數字化過程聲音的數字化過程可分為三步1.采樣2.量化3.編碼第26頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音的采樣(Sampling)(1)什么是采樣?對給定的模擬聲音波形信號，以適當的時間間隔采取樣本值(波形的幅度值)的過程。常用器件：A/D轉換器(2)采樣頻率即單位時間內采集樣本點的個數。一般地，采樣頻率越高，樣本點就越多，聲音信號的還原效果越好。根據采樣頻率可分為均勻采樣和非均勻采樣。第27頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音的采樣(Sampling)采樣示例第28頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音的采樣(Sampling)(3)奈奎斯特(Nyquist)定理只有采樣頻率高于聲音信號最高頻率的2倍時，才能把數字信號表示的聲音還原為原來的聲音。反之，建議：采樣頻率通常應高于原信號頻率的2倍。(4)常用采樣頻率8,11.025,22.05,44.1(KHz)第29頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲音的量化(Quantifying)(1)什么是量化?將整個模擬聲音波形信號的幅度劃分成有限個區段的集合，把落入某個區段的樣本值歸為一類，并賦予相同的值，這種過程稱為量化。可分為均勻量化和非均勻量化。(2)量化級數整個聲音波形信號的幅度被劃分出來的區段數，稱為量化級數，例如：256級，65536級，等.一般地，考慮到二進制數的表示和存儲特性，量化級數取2n。第30頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲音的量化(Quantifying)(3)量化位數與量化級數2n對應的二進制位數n，即用多少位二進制數來表示每一個樣本值。量化位數越高，聲音的質量越好。(4)量化示例第31頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲音的量化(Quantifying)(5)量化誤差在量化過程中由于四舍五入所造成的樣本值與量化值之差。設量化級差為“△”，則量化誤差不會超過“△/2”.例如：設有10級量化，級次分別為0,1,2,…,9

則級差△=1，任意樣本值的量化誤差必≤1/2.(6)量化噪聲與信噪比由于量化誤差而引起的聲音失真，稱為量化噪聲，也可用信噪比來衡量。一般地，量化位數每增加1位，信噪比增大6dB.第32頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四聲音的采樣與量化示例1采樣頻率為1000Hz，10個量化等級的波形第33頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四示例1--還原的波形圖直線段波形有較大失真第34頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四聲音的采樣與量化示例2采樣頻率為2000Hz，20個量化等級的波形第35頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四聲音的采樣與量化示例3采樣頻率為4000Hz，40個量化等級的波形第36頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四3.聲音的編碼(Encoding)(1)什么是編碼?將量化得到的二進制數按一定格式組裝成可存儲或傳輸的二進制格式，這個過程稱為編碼。(2)為什么要編碼?原因1：存儲需要為聲音定義一種文件存儲或傳輸格式，量化得到的二進制數不一定剛好符合這樣的文件格式，因此需要重新組裝。原因2：壓縮不壓縮的數字化聲音，數據量較大。第37頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四3.聲音的編碼(Encoding)(3)聲音數據能否壓縮?客觀上，數據之間存在冗余性和相關性數據之間存在許多冗余性數據之間存在很強的相關性利用一定的數學方法可去除這些冗余，達到壓縮目的；反之，可利用相應方法恢復冗余數據，以再現原始聲音。主觀上，人的聽覺器官具有某些不敏感性。如果去掉不敏感的數據也不會影響或較小影響人的聽覺感受。例如：人耳的“掩蔽效應”—強音抑制弱音的現象。第38頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.2.3聲音數據的編碼方法聲音數據編碼方法的分類1.基于聲音數據的統計特性的編碼典型技術是波形編碼，包括PCM,DPCM,ADPCM等適應性強，還原音質好，但壓縮比不大，數據率高。2.基于聲音的聲學特性的參數編碼常用聲學特性參數：共振峰、線性預測系數、濾波器數據率低，還原音質較差；但保密性好。3.基于統計特性和聲學特性的混合編碼例如：CELP,MPLPC等。4.基于人的聽覺特性的編碼利用掩蔽效應，設計心理聲學模型，如：杜比AC-3.第39頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音的波形編碼方法(1)脈沖編碼調制-PCM即把聲音經A/D(采樣)轉換得到的樣本值簡單直接地量化為計算機二進制數（如二進制補碼）的方法，稱為PCM。如：Win系統的“錄音機”即采用該編碼方法第40頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音的波形編碼方法(2)律和A律PCM編碼主要思路：在PCM基礎上，設法讓量化階距隨信號的概率密度的減小而增大(把大的量化誤差留給出現概率小的樣本值)。具體方法：引入和A參數，量化時用對數函數將幅度(樣本值)壓縮，解碼時再用指數函數進行幅度還原。已形成語音國際標準：G.711廣泛用于數字電話、可視電話、電視會議等。第41頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音的波形編碼方法(3)自適應脈沖編碼調制-APCM有兩種思路：A.使量化的階距(△n)隨輸入信號的方差而增減B.在固定階距(△n)基礎上+增益量在兩種方法中隨需要隨時估計輸入信號的時變幅度，以修正階距或增益值。（都稱為自適應量化編碼方法）具體方法(根據估計方法的不同分兩類)：A.前饋自適應量化：由輸入信號本身來估計B.反饋自適應量化：由輸出信號來估計第42頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.聲音的波形編碼方法(4)差值量化-DM研究表明，相鄰聲音樣本值之間存在很大的相關性，因此樣本值之差的方差比信號本身的方差要小。根據上述原理形成的編碼方法稱為增量調制(DM)(5)自適應差值量化編碼-ADPCM綜合采用自適應量化和自適應預測的PCM編碼方法。第43頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲音的參數編碼是基于話音波形信號中提取生成話音的參數，使用這些參數通過話音生成模型重構出話音。常用的音頻參數有共振峰、線性預測系數和濾波器組等。其優點是數據率低，但還原信號的質量較差，自然度低，而且由于受到話音生成模型的限制，增加數據率對提高合成話音的質量無濟于事。但是保密性好，因此常用于軍事領域。第44頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四3.聲音的混合編碼綜合運用聲音的統計特性和聲學特性進行編碼。第45頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.聲音的感知編碼基于人的感知特性進行編碼常見的感知特性：可聽范圍時差效應雙耳效應俺蔽效應第46頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四5.常用音頻編碼算法和標準類別算法名稱數據率標準應用質量波形編碼PCM均勻量化公共網ISDN配音4-4.5(A)(A)64G.711APCM,DPCM(自適應,差值)量化ADPCM自適應差值量化32G.721SB-ADPCM子帶-自適應差值量化64G.7226.3G.723參數編碼LPC線性預測編碼2.4保密話聲2-3混合編碼CELPC碼激勵LPC4.8移動通信3-4VSELP矢量和激勵LPC8語音郵件RPE-LTP長時預測規則碼激勵13.2LD-CELP低延時碼激勵LPC16G.728/9MPEG多子帶,感知編碼128CD5AC-3感知編碼音響5第47頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3聲音的MIDI技術4.3.1MIDI技術的產生4.3.2MIDI系統及其工件過程4.3.3MIDI消息與文件第48頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.1MIDI技術的產生1.如何使計算機輸出優美的音樂?(1)早期技術---錄音/重放方式利用模/數(A/D)轉換部件采集和存儲---錄音利用數/模(D/A)轉換部件播放---重放(2)后期技術---音樂合成技術從硬件上，增加一個獨立的“音樂合成”部件從軟件上，通過編程控制該部件將一些基本的音符波形合成為一首音樂所需要的波形數據。(3)兩類主要的合成技術：A.調頻(FM)技術B.波表(WaveTable)技術第49頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.1MIDI技術的產生2.音樂合成技術帶來的影響音樂的“合成”意味著在計算機硬件和軟件的幫助下，計算機不再是簡單地對音樂的記錄和重放。音樂“合成”技術促使計算機聲卡不斷升級以獲得更好的音質效果，也促使計算機音樂創作軟件的不斷豐富和發展。第50頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.1MIDI技術的產生3.調頻(FM)合成技術(1)基本方法在正弦波或余弦波基礎上，根據需要產生的音符的波形特征，通過調節基礎波形的頻率或振幅來達到近似(稱為調制)，從而產生不同的樂音。(2)聲音效果可以達到廣播級聲音質量但音樂的頻域范圍比較廣，有部分聲音無法表達第51頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.1MIDI技術的產生4.波表(WaveTable)合成技術(1)基本方法首先，對音樂中常用音符的波形數據進行采樣和存儲(稱為波表庫或音源庫)。其次，當需要播放音樂時，在硬件和軟件幫助下從波表庫中查表并疊加音符的波形數據。最后，通過數/模(D/A)轉換部件播放出來。(2)聲音效果可以達到CD級聲音質量，受音源庫的影響很大。音源庫一般隨聲卡驅動程序而安裝在系統中。第52頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.1MIDI技術的產生5.MIDI技術的產生在波表合成技術基礎上，如何讓各種音樂樂器都能連接到計算機上，做到隨時彈奏、隨時錄制、隨時播放?MIDI技術就是這樣的背景下產生的。MIDI技術的重要意義使任何人都可以在計算機硬件和軟件的幫助下將音樂樂器連接到計算機中進行音樂的創作、編輯和播放。而且這種數字化音樂可以被無限次地復制。第53頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統1.什么MIDI技術?即數字音樂接口(MusicalInstrumentDigitalInterface).它是一套標準和規范，規定了電子樂器與計算機相連的物理標準和數據通信的協議。說明：MIDI不是數字音響技術的范疇，它記錄和傳輸的是電子樂器演奏音樂時的音符、速度、音量等樂譜信息.MIDI技術是使計算機能夠利用“記譜”的方法進行音樂的數字錄音及放音。第54頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統2.MIDI系統就是將各種電子樂器連接到計算機上進行音樂創作的電子模擬系統。第55頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統3.MIDI系統的構成一般地，MIDI系統主要包括：(1)多媒體計算機(2)合成器(3)音序器(4)音源(5)MIDI鍵盤(6)錄音設備(7)監聽設備這些設備可以是獨立的，也可以是集成的。第56頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統(1)合成器通過振蕩器的電流振蕩產生各種波形并進行處理，合成出新的音色。合成器的歷史比聲卡和MIDI都要久遠，早在1955年，世界上第一臺合成器RCA就已經誕生了。隨著計算機技術的發展，早期合成器的音序器功能、硬件音源功能、MIDI控制鍵盤功能等逐漸分離出來，形成獨立的、可隨意組合搭配的部分。第57頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統具有USB接口的MIDI鍵盤第58頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統(2)音源即聲音樣本庫，內部有很多不同音色的樣本波形。如：鋼琴音色的真實樣本波形

吉它音色的真實樣本波形音源只是一個資源庫，何時被調用由音序器來完成。音源可以是硬件音源。專業人士通常需要使用獨立的硬件音源一般用戶可獲得聲卡上的一個含有128種音色的GM音色庫，即MIDI音源。音源也可以是軟件音源一般以插件形式提供，對MIDI音樂的普及有很大貢獻。第59頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統硬件音源產品：RolandJV1080第60頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統(3)音序器是用來記錄、編輯和播放MIDI文件的設備，可分為硬件和軟件兩種。硬件音序器（編曲機）它可以是獨立的，也可以內置于合成器中。其編輯和修改操作必須在它的面板上進行，使用不方便。軟件音序器是安裝在計算機中的多功能音樂創作、編輯軟件，如常用的CakeWalk等。功能可以通過升級不斷增強，操作方便。第61頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統(4)采樣器普通的音源是封閉的，所能提供的音色品種和數量都是有限的，不能滿足制作者對新音色的需求。采樣器是一種開放式的音源，它可以對任何聲音進行采樣，并把它們編輯成音色供計算機音樂系統使用。(5)其他設備錄音設備、監聽設備、音箱功放等。第62頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2MIDI系統4.MIDI系統的工作過程MIDI電子樂器MIDI文件MIDI接口計算機音序器軟件MIDI合成器音響系統消息或指令存儲編輯合成播放第63頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.3MIDI消息與文件1.MIDI消息它是對MIDI電子樂器演奏音樂時的動作描述信息，通過MIDI接口發送到計算機的音序器軟件中予以記錄、保存和再現。它包括音符、節拍、樂器種類等信息，因此可被理解為對樂譜的數字化描述。它包括兩類信息：(1)狀態信息：描述音符被演奏或聲音被加強等信息(2)數據信息：描述哪個音符被演奏，或聲音加強的強度是多少。第64頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.3MIDI消息與文件2.MIDI消息示例在MIDI電子琴上按下鍵和松開鍵時按下鍵時的MIDI消息：Note-On/CH1#(1001CCCC)NoteNumber(0NNNNNNN)Velocity(0VVVVVVV)松開鍵時的MIDI消息：Note-Off/CH1#(1001CCCC)NoteNumber(0NNNNNNN)Velocity(0VVVVVVV)第65頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.3MIDI消息與文件3.MIDI文件將MIDI消息按一定格式保存得到的計算機文件。MIDI文件通常由音序器軟件創建和編輯，文件擴展名通常為.mid或.midi。第66頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.3.3MIDI消息與文件4.MIDI聲音與波形聲音的比較波形聲音MIDI聲音優點(1)是對聲音波形的真實記錄，回放質量具有一致性(與設備無關)(2)適應面廣，既可制作音樂，也可制作特效聲音，如自然界的特殊音響，還可制作話音；(3)須懂得樂理知識(1)是對音樂樂譜的直接數字化，因此它不是聲音波形的真實記錄(2)文件體積小，通常比波形聲音文件小200至1000倍(3)MIDI音樂數據是完全可編輯的局限性(1)文件體積大(2)聲音數據不易按希望編輯(1)回放質量具有不一致性，與音響設備密切相關(2)要用于音樂類聲音(3)須懂得樂理知識第67頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.4計算機聲卡與聲音文件格式4.4.1計算機聲卡4.4.2計算機聲音文件格式第68頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.4.1計算機聲卡1.計算機聲卡的分類（從接口形式可分為）板卡式集成式外置式第69頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲卡的工作原理(1)聲卡的功能結構圖第70頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲卡的工作原理(2)聲卡的主要功能部件①主芯片承擔聲音信號處理、特殊音效的過濾與處理、語音識別、實時音頻壓縮、MIDI合成等主要任務。是一塊具有強大運算能力的可編程DSP芯片。第71頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲卡的工作原理②混音芯片（CODEC）即多媒體數字信號編/解碼器，主要包含模/和數數/模轉換器兩個部件，簡稱為混音器。承擔對原始聲音信號的采樣與編碼，對來自不同音源的聲音進行混音處理，并提供軟件上的音量控制功能.多聲道聲卡:模/數(A/D)轉換部件負責聲音的錄制，仍是兩聲道錄制但數/模(D/A)轉換部件可以支持多個聲道的輸出一般地，混音芯片都有獨立的I/O端口，可利用匯編語言等對其編程設置.第72頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲卡的工作原理③

音樂合成芯片主要用于合成并播放音樂，也稱MIDI合成器。根據計算機合成音樂技術的發展過程，MIDI合成器可分為兩種：頻率調制(FM)合成器在正弦波或余弦波基礎上，通過對頻率或振幅進行調制，使其波形近似于要表達的聲音波形。波表(WaveTable)合成器預先采集高質量的每種樂器的單音波形數據，形成波表庫，需要合成并播放音樂時，以查表方式獲取各音符的波形數據.第73頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲卡的工作原理④

總線接口和控制器總線接口和控制器由數據總線雙向驅動器、總線接口控制邏輯、總線中斷邏輯和DMA控制邏輯組成。⑤外部輸入輸出口聲卡外部輸入輸出口均為3.5mm規格插口（MIDI/Joystick除外）第74頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四2.聲卡的工作原理第75頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四3.聲卡的主要性能指標(1)支持的音頻技術指標采樣頻率和量化位數(2)MIDI音樂的能力(3)聲道數(4)多音頻流輸出能力(5)I/O接口數量(6)驅動程序及應用軟件的豐富性(7)總線結構第76頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四4.4.2計算機聲音文件的格式第77頁，共86頁，2023年，2月20日，星期四1.WAV聲音文件格式(1)概述又稱波形聲音文件，是微軟公司開發的一種聲音文件格式，擴展名為.wav，是最早的數字音頻格式之一，被Windows系統及應用程序廣泛支持.早期的WAV格式直接采用PCM編碼方法，因此是未壓縮的數字化聲音。標準格式采用44.1KH